Ácido-base: pH, constantes, disoluciones amortiguadoras, hidrólisis y valoraciones
En la PAU de Castilla y León este bloque pide calcular pH de ácidos y bases fuertes y débiles, manejar Ka, Kb y Kw, describir disoluciones amortiguadoras, justificar el pH de sales hidrolizables e interpretar curvas de valoración.
Ácidos, bases y constantes
- Según Brønsted-Lowry, ácido es la especie que cede protones y base la que los acepta; cada una tiene su par conjugado.
- En disolución acuosa a 25 °C: Kw = [H₃O⁺][OH⁻] = 1,0×10⁻¹⁴, pH + pOH = 14 y pH = −log[H₃O⁺].
- Ácidos fuertes (HCl, HNO₃, H₂SO₄ en su primera disociación) y bases fuertes (NaOH, KOH) se disocian totalmente. En los débiles se usa Ka y, para la base conjugada, Ka·Kb = Kw.
Cálculo de pH
- Ácido fuerte monoprótico: pH = −log c.
- Ácido débil: [H₃O⁺] ≈ √(Ka·c), válido si c/Ka > 100 o si la ionización es inferior al 5 %.
- Base débil: [OH⁻] ≈ √(Kb·c) y después pOH → pH.
Disoluciones amortiguadoras
Mezcla de un ácido débil y su base conjugada en proporciones comparables. Henderson-Hasselbalch: pH = pKa + log([base]/[ácido]). La capacidad tampón es máxima cuando la relación está entre 0,1 y 10.
Hidrólisis de sales
Sal de ácido débil y base fuerte (acetato sódico) da pH básico; sal de ácido fuerte y base débil (NH₄Cl) da pH ácido; sal de ácido y base fuertes (NaCl) da pH ≈ 7.
Valoraciones
En ácido fuerte-base fuerte la equivalencia es a pH 7. En ácido débil-base fuerte el pH de equivalencia es básico por la hidrólisis del anión; en el punto de semiequivalencia, pH = pKa.
Ejemplo resuelto
Disolución 0,10 M en ácido acético y 0,10 M en acetato sódico, con Ka = 1,8×10⁻⁵. pKa = −log(1,8×10⁻⁵) = 4,74. pH = 4,74 + log(0,10/0,10) = 4,74. Al añadir algo de HCl, el acetato neutraliza los protones y el pH apenas cambia; por eso es una disolución amortiguadora.
Errores que cuestan puntos
- Aplicar pH = −log c a un ácido débil.
- Olvidar pH + pOH = 14 y usar la concentración de OH⁻ como si fuera H₃O⁺.
- Confundir Ka del ácido con Kb de su base conjugada.
- Suponer pH 7 en la equivalencia de una valoración ácido débil-base fuerte.
- Aplicar Henderson-Hasselbalch fuera del intervalo tampón.